鎳(nie)基合(he)金(jin)由于具(ju)有(you)優異(yi)的(de)高溫性能(neng)(neng)和卓越的(de)耐蝕性能(neng)(neng)，已在(zai)航(hang)空(kong)航(hang)天、核電、火(huo)電、石油化(hua)工等(deng)領域獲(huo)(huo)得了廣泛的(de)應用，但鎳(nie)基合(he)金(jin)的(de)焊接(jie)往往會帶(dai)來(lai)不少的(de)困難(nan)，主要表現在(zai)相的(de)變(bian)(bian)化(hua)導致接(jie)頭性能(neng)(neng)的(de)改變(bian)(bian)，以(yi)及焊接(jie)過程中產生(sheng)的(de)各(ge)種裂紋等(deng)缺陷造成運行(xing)中的(de)早期(qi)(qi)失(shi)效。為(wei)此，眾多科技工作者長期(qi)(qi)以(yi)來(lai)對鎳(nie)基合(he)金(jin)的(de)焊接(jie)開展了大量的(de)試(shi)驗研究，力(li)求在(zai)焊接(jie)鎳(nie)基合(he)金(jin)時(shi)能(neng)(neng)獲(huo)(huo)得高質量和性能(neng)(neng)滿意的(de)焊接(jie)接(jie)頭。
鎳(nie)(nie)基(ji)合(he)(he)(he)(he)金是(shi)工(gong)(gong)程材(cai)料(liao)最重要的(de)類(lei)別之一，因為(wei)它(ta)們能(neng)(neng)夠用(yong)(yong)于多種(zhong)環境和(he)(he)(he)場(chang)合(he)(he)(he)(he)。在(zai)含水和(he)(he)(he)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)下(xia)(xia)(xia)的(de)耐蝕場(chang)合(he)(he)(he)(he)、室溫(wen)(wen)(wen)(wen)和(he)(he)(he)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)下(xia)(xia)(xia)的(de)高(gao)(gao)強(qiang)度(du)場(chang)合(he)(he)(he)(he)、低溫(wen)(wen)(wen)(wen)下(xia)(xia)(xia)的(de)延性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)和(he)(he)(he)韌(ren)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)場(chang)合(he)(he)(he)(he)、特殊的(de)電(dian)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)場(chang)合(he)(he)(he)(he)以及(ji)與(yu)其他物理(li)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)有關的(de)場(chang)合(he)(he)(he)(he)都選用(yong)(yong)了這些合(he)(he)(he)(he)金。鎳(nie)(nie)基(ji)合(he)(he)(he)(he)金焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)材(cai)料(liao)能(neng)(neng)提(ti)供(gong)(gong)某些焊(han)(han)(han)態下(xia)(xia)(xia)的(de)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)，而(er)(er)這些性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)是(shi)其他類(lei)型(xing)的(de)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)產品(pin)所不(bu)能(neng)(neng)提(ti)供(gong)(gong)的(de)，例如(ru)被許多各種(zhong)不(bu)同(tong)的(de)合(he)(he)(he)(he)金元素稀(xi)(xi)釋(shi)后，還(huan)能(neng)(neng)保持從低溫(wen)(wen)(wen)(wen)到接(jie)(jie)(jie)近固相線溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)強(qiang)度(du)和(he)(he)(he)延性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)能(neng)(neng)力。它(ta)們也是(shi)十(shi)分通用(yong)(yong)的(de)，例如(ru)，用(yong)(yong)于焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)9%鎳(nie)(nie)鋼(gang)的(de)Ni-Cr-Mo系焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)產品(pin)在(zai)液氮溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)下(xia)(xia)(xia)還(huan)具有非常高(gao)(gao)的(de)焊(han)(han)(han)態強(qiang)度(du)和(he)(he)(he)沖擊韌(ren)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)。用(yong)(yong)來(lai)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)鑄(zhu)鐵的(de)鎳(nie)(nie)和(he)(he)(he)鎳(nie)(nie)－鐵合(he)(he)(he)(he)金能(neng)(neng)被鐵和(he)(he)(he)碳稀(xi)(xi)釋(shi)后而(er)(er)保持延性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)，并提(ti)供(gong)(gong)良(liang)好的(de)機加工(gong)(gong)特性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)。鎳(nie)(nie)基(ji)合(he)(he)(he)(he)金焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)材(cai)料(liao)亦(yi)廣泛用(yong)(yong)于電(dian)力工(gong)(gong)業，可(ke)在(zai)碳鋼(gang)和(he)(he)(he)不(bu)銹鋼(gang)之間進行異(yi)種(zhong)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)，作(zuo)為(wei)在(zai)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)下(xia)(xia)(xia)使用(yong)(yong)時熱膨(peng)脹系數(shu)的(de)過渡材(cai)料(liao)。
相對于鋼而(er)言，鎳基合(he)(he)金(jin)能夠在(zai)(zai)低溫(wen)下使用(yong)，又能在(zai)(zai)接近(jin)1200℃的高(gao)溫(wen)下使用(yong)，因為固溶合(he)(he)金(jin)的基體從(cong)固態(tai)到(dao)絕對零(ling)度都保(bao)持奧氏體。這些加入適當(dang)添(tian)加劑的合(he)(he)金(jin)提供了有用(yong)的耐蝕(shi)性(xing)，并(bing)在(zai)(zai)包(bao)括(kuo)電力、石化(hua)、化(hua)學(xue)加工(gong)、航天和(he)控(kong)制環境污染等(deng)的廣大工(gong)業(ye)領域中(zhong)得到(dao)了應用(yong)。對鎳基合(he)(he)金(jin)來(lai)說，焊(han)(han)接是一門關(guan)鍵性(xing)的制造(zao)技(ji)術。最近(jin)50年來(lai)，已經進(jin)行(xing)了大量的研(yan)究和(he)開發工(gong)作，為更好(hao)地弄(nong)懂和(he)控(kong)制這些合(he)(he)金(jin)的焊(han)(han)接性(xing)以(yi)及開發在(zai)(zai)焊(han)(han)接接頭(tou)耐蝕(shi)性(xing)和(he)力學(xue)性(xing)能方面能滿足(zu)更高(gao)要求的焊(han)(han)接材料作出了不懈的努力。
對鎳基合金來說，沒有像鐵合金和鋁合金那樣的系統分類體系。因此，大多數鎳基合金是通過它們的商業名稱或最初由合金制造商給予的合金號而被知曉的。例如，INCONEL 600合金 和 HASTELLOY C-22 合金亦歸類于600合金和C-22合金。鎳基合金通常以成分分類，如圖1.1所示。以下列出這些類別的簡要匯總。
1. 商用純(chun)鎳(nie)合金
商用(yong)(yong)純鎳合(he)(he)金是(shi)基本上含有鎳＞99%的(de)(de)那些合(he)(he)金。這是(shi)一個(ge)商用(yong)(yong)純鎳合(he)(he)金的(de)(de)完整族(zu)系，命名(ming)為200合(he)(he)金和201合(he)(he)金。這些材(cai)料(liao)具(ju)有低強度和低硬度，原則上由于它們(men)具(ju)有良好的(de)(de)耐蝕性(xing)(xing)而(er)用(yong)(yong)于苛性(xing)(xing)腐蝕環(huan)境。201合(he)(he)金具(ju)有最高(gao)(gao)值為0.02wt%的(de)(de)碳，所(suo)以它們(men)能夠在高(gao)(gao)于315℃（600°F)的(de)(de)高(gao)(gao)溫下使(shi)用(yong)(yong)而(er)無被(bei)“石墨化”的(de)(de)危(wei)險。因為碳在高(gao)(gao)于315℃的(de)(de)鎳基體中是(shi)相對易變的(de)(de)，添加超出溶解度極限（～0.02%)的(de)(de)碳會(hui)造成石墨質點的(de)(de)沉淀，使(shi)材(cai)料(liao)變脆和變弱。
還有(you)一些(xie)附加(jia)(jia)商用純鎳合(he)金(jin)，它(ta)們(men)在(zai)(zai)電或(huo)磁致伸縮的(de)(de)有(you)限場(chang)合(he)使(shi)用。這(zhe)些(xie)合(he)金(jin)具有(you)良(liang)好(hao)(hao)的(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)性，但在(zai)(zai)焊(han)接(jie)(jie)時對氣孔(kong)(kong)敏(min)感。如果在(zai)(zai)焊(han)前和(he)焊(han)接(jie)(jie)中(zhong)保持(chi)清潔，這(zhe)些(xie)合(he)金(jin)會顯示良(liang)好(hao)(hao)的(de)(de)抗裂性，但保護氣體或(huo)焊(han)劑(ji)必須充足以避(bi)免氣孔(kong)(kong)的(de)(de)形成。商用純鎳焊(han)接(jie)(jie)材料(liao)含有(you)最高達1.5%鋁和(he)2.0%~3.5%鈦的(de)(de)添加(jia)(jia)劑(ji)來抵消少(shao)量(liang)的(de)(de)大(da)氣污(wu)染。鈦和(he)鋁與氧(yang)結(jie)合(he)形成氧(yang)化物，與氮結(jie)合(he)形成氮化物，因而控制了在(zai)(zai)焊(han)縫熔敷金(jin)屬中(zhong)的(de)(de)氣孔(kong)(kong)。
2. 固溶強(qiang)化(hua)合金
鎳(nie)和銅(tong)是(shi)同(tong)一形態的(de)(de)(de)(de)元素（完全固溶性(xing)），能在(zai)整個成分范(fan)圍內(nei)生成單相合(he)金(jin)(jin)(jin)。這(zhe)個族(zu)系(xi)的(de)(de)(de)(de)材料通常(chang)對(dui)(dui)海(hai)水和其(qi)(qi)他一般腐(fu)蝕環境顯示(shi)出良好(hao)(hao)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)蝕性(xing)。通常(chang)Ni-Cu合(he)金(jin)(jin)(jin)有很好(hao)(hao)的(de)(de)(de)(de)焊接性(xing)，但(dan)如果不使(shi)用適當的(de)(de)(de)(de)保(bao)護或良好(hao)(hao)的(de)(de)(de)(de)抗(kang)氧化焊接材料，可(ke)能會(hui)對(dui)(dui)氣孔敏(min)感。其(qi)(qi)他的(de)(de)(de)(de)固溶強化鎳(nie)基合(he)金(jin)(jin)(jin)可(ke)以僅含有鐵，這(zhe)些合(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)大多數(shu)由于特定的(de)(de)(de)(de)膨脹(zhang)系(xi)數(shu)或電性(xing)能而得到使(shi)用。Ni-36%Fe合(he)金(jin)(jin)(jin)通常(chang)稱作INVAR合(he)金(jin)(jin)(jin)，在(zai)所有的(de)(de)(de)(de)鎳(nie)基合(he)金(jin)(jin)(jin)中(zhong)具有最低(di)的(de)(de)(de)(de)膨脹(zhang)系(xi)數(shu)，在(zai)幾百度(du)的(de)(de)(de)(de)溫度(du)范(fan)圍內(nei)加熱和冷(leng)卻一直(zhi)到約300°F,僅以小于1.0x10-6in/(in·℉-1)的(de)(de)(de)(de)速率(lv)膨脹(zhang)和收(shou)縮。Ni-Fe合(he)金(jin)(jin)(jin)有較(jiao)好(hao)(hao)的(de)(de)(de)(de)焊接性(xing)，但(dan)開(kai)(kai)發又有良好(hao)(hao)抗(kang)凝固裂(lie)紋性(xing)能，又有相匹配膨脹(zhang)性(xing)能的(de)(de)(de)(de)焊接材料對(dui)(dui)焊材制造商來說(shuo)是(shi)一個挑(tiao)戰。Ni-Fe合(he)金(jin)(jin)(jin)及其(qi)(qi)焊材也可(ke)能對(dui)(dui)低(di)塑性(xing)開(kai)(kai)裂(lie)敏(min)感，這(zhe)種開(kai)(kai)裂(lie)的(de)(de)(de)(de)機(ji)理(li)將在(zai)第3章中(zhong)詳細(xi)闡述。
其他固溶合(he)金含(han)有不同的置換元素(su)，包括鉻、鉬和鎢。每種元素(su)都能(neng)賦予特殊的性能(neng)，并有能(neng)力改變每種合(he)金的焊接特性。固溶強(qiang)化(hua)鎳(nie)基合(he)金的最高(gao)抗拉強(qiang)度值(zhi)接近830 MPa(120 ksi),而屈服(fu)強(qiang)度在345~480 MPa(50~70 ksi)之間(jian)。這些合(he)金在要求具(ju)有良好耐蝕性的廣泛場合(he)下使用。如果要求較(jiao)高(gao)的強(qiang)度水(shui)平，必(bi)須(xu)選(xuan)擇沉淀(dian)強(qiang)化(hua)合(he)金。
3. 沉淀(dian)強化(hua)合金
沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)強(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)(hua)(hua)鎳(nie)基合(he)金(jin)(jin)含有(you)鈦、鋁和(he)／或鈮等(deng)添加(jia)劑，在(zai)(zai)(zai)(zai)適當的(de)(de)(de)熱(re)處(chu)(chu)理(li)后與鎳(nie)形成強(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)物(wu)。在(zai)(zai)(zai)(zai)大(da)(da)多(duo)數情(qing)況下(xia)，這些(xie)(xie)(xie)沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)物(wu)與奧氏體基體具有(you)凝聚(ju)力，并(bing)(bing)使基體變形，因而(er)(er)實質(zhi)上增加(jia)了基體的(de)(de)(de)強(qiang)(qiang)(qiang)度。這些(xie)(xie)(xie)沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)物(wu)的(de)(de)(de)大(da)(da)多(duo)數稱為Y'[Y-Nis Al、Nis Ti和(he)Nig(Al,Ti)]和(he)γ”（Y"-NisNb)。在(zai)(zai)(zai)(zai)最(zui)佳合(he)金(jin)(jin)添加(jia)劑和(he)熱(re)處(chu)(chu)理(li)情(qing)況下(xia)，這些(xie)(xie)(xie)合(he)金(jin)(jin)能夠強(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)(hua)(hua)到最(zui)高(gao)抗(kang)拉強(qiang)(qiang)(qiang)度超過1380 MPa(200 ksi)和(he)0.2%屈服強(qiang)(qiang)(qiang)度超過1035 MPa(150 ksi).第一個沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)化(hua)(hua)(hua)Ni-Cr合(he)金(jin)(jin)（X-750)是(shi)由γ'強(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)，在(zai)(zai)(zai)(zai)靠(kao)近γ'溶解線溫度下(xia)，顯示出(chu)良(liang)好(hao)的(de)(de)(de)抗(kang)氧化(hua)(hua)(hua)性和(he)高(gao)溫強(qiang)(qiang)(qiang)度的(de)(de)(de)組合(he)。不幸的(de)(de)(de)是(shi)，當焊(han)后并(bing)(bing)直(zhi)接時(shi)效而(er)(er)不在(zai)(zai)(zai)(zai)中間插入退(tui)火處(chu)(chu)理(li)時(shi)，會(hui)產生焊(han)后應變時(shi)效裂(lie)紋(wen)（SAC).這種開(kai)裂(lie)的(de)(de)(de)機(ji)理(li)將在(zai)(zai)(zai)(zai)第4章中詳細闡述。在(zai)(zai)(zai)(zai)為改善焊(han)接性和(he)避免SAC的(de)(de)(de)努力下(xia)，開(kai)發了γ”強(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)第二代沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)化(hua)(hua)(hua)Ni-Cr-Mo合(he)金(jin)(jin)。這些(xie)(xie)(xie)合(he)金(jin)(jin)中最(zui)普(pu)遍的(de)(de)(de)是(shi)718合(he)金(jin)(jin)。因為γ”沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)物(wu)比γ'的(de)(de)(de)形成要(yao)慢得(de)多(duo)，718合(he)金(jin)(jin)在(zai)(zai)(zai)(zai)焊(han)后熱(re)處(chu)(chu)理(li)時(shi)通常不受SAC影響。718合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)主要(yao)應用(yong)之(zhi)一是(shi)航空航天(tian)燃氣透平傳動(dong)軸和(he)耐壓殼(ke)。如果適當地熔煉，獲得(de)低含量的(de)(de)(de)雜質(zhi)，該合(he)金(jin)(jin)可提供極大(da)(da)的(de)(de)(de)使用(yong)機(ji)會(hui)。當設計合(he)理(li)時(shi)，在(zai)(zai)(zai)(zai)一直(zhi)到760℃（1400°F)的(de)(de)(de)使用(yong)溫度下(xia)，具有(you)極佳的(de)(de)(de)疲勞(lao)壽命(ming)。
基(ji)于沉淀強(qiang)(qiang)(qiang)化合(he)金(jin)(jin)(jin)具有在(zai)高溫下不同尋(xun)常的高強(qiang)(qiang)(qiang)度和耐蝕性，所以通(tong)常把(ba)它們歸類為“超合(he)金(jin)(jin)(jin)”。該(gai)術(shu)語(yu)曾松散地應用于許多其他(ta)高強(qiang)(qiang)(qiang)度多元合(he)金(jin)(jin)(jin)，但一般術(shu)語(yu)“超合(he)金(jin)(jin)(jin)”是(shi)用來描(miao)述由γ'和γ”相所提供的具有超強(qiang)(qiang)(qiang)度性能(neng)的鎳基(ji)合(he)金(jin)(jin)(jin)。
在燃氣(qi)輪(lun)機動葉片(pian)上采用(yong)超合金(jin)始(shi)于IN713C合金(jin)。這種合金(jin)與X-750合金(jin)相似，但僅僅作(zuo)為鑄件生產，因為含(han)有(you)較(jiao)多(duo)的鋁(lv)、鈦(tai)添加劑(ji)，因此從鑄造溫度下冷卻時(shi)(shi)，會發生時(shi)(shi)效硬化。由于該合金(jin)對SAC有(you)極高(gao)的敏感性，所以產品(pin)修(xiu)復(fu)受(shou)到限制，但在葉片(pian)頂端堆焊(han)(han)(han)則不會開裂。經過(guo)數十年的技術進展(zhan)，增加了“超合金(jin)”族系的其他(ta)成員(yuan)，包(bao)括超高(gao)強度和(he)耐腐(fu)蝕的單晶透(tou)平葉片(pian)合金(jin)。為了減少在運行(xing)時(shi)(shi)受(shou)到侵蝕，在葉片(pian)頂端堆焊(han)(han)(han)是可行(xing)的，只要(yao)焊(han)(han)(han)接過(guo)程(cheng)能(neng)很好得到控制，并使殘(can)余(yu)應力(li)保持在較(jiao)低水(shui)平。最初(chu)這些材料在焊(han)(han)(han)接修(xiu)復(fu)時(shi)(shi)曾遇到挑戰，包(bao)括避免在熔池中的晶粒分散和(he)阻止開裂。
4. 其他特殊(shu)合金
有一些合金，由于它們具有令人印象深刻的高溫蠕變特性，也能納入“超合金”范疇，例如氧化物彌散強化合金MA6000和MA754。這些合金使用沉淀硬化和彌散硬化兩種機理，顯示出優越的蠕變強度，其中彌散硬化是由在高溫下穩定的精細彌散顆粒所建立的。氧化釓（Y2O3)是用來作為強化的彌散體的一個例子。這些材料亦具有優越的高溫抗氧化性能，但是當它們用普通的熔焊技術來連接時，則無能力維持其貫穿焊接接頭的高強度。當用焊接熔化時，彌散體趨向于聚結，因而由彌散體帶來的局部加強在熔合區和熱影響區均會喪失。
鎳-鋁(lv)化合物(wu)是(shi)圍(wei)繞或(huo)是(shi)NiAl或(huo)是(shi)Ni3Al組成而設(she)計(ji)的(de)(de)合金(jin)。它(ta)們(men)(men)顯示出非常高(gao)的(de)(de)強度和(he)(he)耐(nai)蝕性能，但由(you)于它(ta)們(men)(men)在(zai)很大溫(wen)度范(fan)(fan)圍(wei)內延性低，所(suo)(suo)以(yi)焊接非常困難。Ni-Cr-B和(he)(he)Ni-Mo-Si合金(jin)曾被開(kai)發(fa)用于在(zai)不同(tong)(tong)環境下的(de)(de)耐(nai)磨材料，但這些合金(jin)由(you)于硬(ying)度高(gao)、延性低，并在(zai)其成分(fen)范(fan)(fan)圍(wei)內會形(xing)成低熔融區間的(de)(de)相，所(suo)(suo)以(yi)同(tong)(tong)樣難以(yi)焊接。
